(57)【要約】【課題】  制御軸の角度位置を検出する角度センサをアクチュエータの外部に取り付けることなく、エンジンの仕様変更が最小限であり、圧縮比を高精度に可変制御する内燃機関の圧縮比可変機構を提供する。【解決手段】  電動モータ３９には、モータピニオン軸４１の回転を駆動制御する駆動用ホールＩＣ６３が内蔵されている。駆動用ホールＩＣ６３を電動モータ３９の回転数（アクチュエータの移動量）を検出手段として利用する。この駆動用ホールＩＣ６３によるセンサ出力に基づいて線形的なフィードバック制御で圧縮比を可変制御する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の圧縮比を可変制御する制御軸の回動に機械的に連係する往復手段および回転駆動手段からの回転駆動力を前記往復手段へ伝達する回転駆動力伝達手段とを備えたアクチュエータと、このアクチュエータ内に設けられかつ前記制御軸の回動時における該アクチュエータの移動量を検出する検出手段とを備えた内燃機関の圧縮比可変機構。
【請求項２】
検出手段は、回転駆動手段の回転数を検出する回転数センサであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の圧縮比可変機構。
【請求項３】
回転数センサは、回転駆動手段の回転を制御する駆動用ホールＩＣであることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の圧縮比可変機構。
【請求項４】
検出手段は、回転駆動力伝達手段の回転数を検出する回転数センサであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の圧縮比可変機構。
【請求項５】
検出手段は、往復手段の移動距離を検出するリニアセンサであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の圧縮比可変機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関（以下、エンジンという）の圧縮比を可変制御するエンジンの圧縮比可変機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エンジンに加わる負荷が低い場合には、そのシリンダ内に吸入される燃料が少ないことから、ピストンが上死点近傍に位置するときのシリンダ内の温度や圧力は低く、燃焼の安定性が低下する。このため、圧縮比を高めて燃焼の安定性を向上させると共に、膨張比を高めて熱効率を向上させ、燃料消費量の低減を図っている。一方、エンジンに加わる負荷が高くなると、シリンダ内に吸入される燃料の量が多くなり、シリンダ内の温度も上昇してノッキングが発生する。このノッキングの発生を防止するために、エンジンの負荷が小さいときに圧縮比を高くし、エンジンの負荷が大きいときに圧縮比を低く制御する圧縮比可変機構が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
この圧縮比可変機構では、クランクシャフトのクランクピンに回転可能にロアーリンクを取り付け、一端がピストンピンに連係するアッパーリンクの他端をロアーリンクの一部に連係させ、偏心カムを有する制御軸をクランクシャフトと平行に配置し、一端がロアーリンクの他部に連係する制御リンクの他端を制御軸の偏心カムに連係させ、アクチュエータにより制御軸を所定の回動範囲で駆動し圧縮比を制御できるようにしている。ここで、アクチュエータとしては制御軸の駆動源として例えば電動モータを用いたものが知られている。電動モータの回転運動は、往復子の直線運動に変換され、この直線運動が制御軸の回動運動に変換されるように構成されている。
【０００４】
従来の圧縮比可変機構は、アクチュエータにより回動制御される制御軸の角度位置をポジションセンサ（角度センサ）により検出し、この検出値に基づいて圧縮比を制御するように構成されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１１５５７１号公報
【特許文献２】特開昭５８−５７０４０号公報
【特許文献３】特公平４−２８８９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の圧縮比可変機構は以上のように構成されているので、次のような問題がある。まず、制御軸はエンジンの底部においてクランクシャフトと平行に配設されているため、この制御軸の角度位置を検出する角度センサを取り付ける設置場所の確保が困難となっている。すなわち、角度センサを仮に制御軸の端部側に取り付けようとしても、クランクプーリの近傍であるため設置場所を確保できない。また、圧縮比を制御する制御軸に角度センサを取り付けることから制御軸の位置を高精度で検出することが可能であるが、電動モータの回転運動が一旦直線運動に変換された上で制御軸の回動運動に伝達されるため、上記角度センサによる検出値と電動モータの回転数との関係が非線形的な関数となってしまう。すなわち、例えば電動モータが同じ回転数だけ動いて制御軸を回動させても圧縮比の変化範囲によってはその変化量が異なってしまい、所定の圧縮比に精度よく調整することが困難である。
【０００７】
なお、従来、他の可変圧縮比機構（例えば、特許文献２、３参照）も知られているが、これらの可変圧縮比機構は、いずれも上記特許文献１に記載されたタイプの可変圧縮比機構を前提にしていない。また、上記特許文献１に記載された可変圧縮比機構においては、アクチュエータの外部に設けた角度センサで制御軸の角度を検出しており、これ以外のセンサで圧縮比を制御する技術は知られていない。
【０００８】
この発明は、従来のエンジンの可変圧縮比機構における欠点を克服するためになされたもので、その目的とするところは、制御軸の角度位置を検出する角度センサをアクチュエータの外部に取り付けることなく、エンジンの仕様変更が最小限であり、圧縮比を容易高精度に可変制御する可変圧縮比機構を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るエンジンの圧縮比可変機構は、エンジンの圧縮比を可変制御する制御軸の回動に機械的に連係する往復手段および回転駆動手段からの回転駆動力を上記往復手段へ伝達する回転駆動力伝達手段とを備えたアクチュエータと、このアクチュエータ内に設けられかつ上記制御軸の回動時における該アクチュエータの移動量を検出する検出手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、エンジンの圧縮比を可変制御する制御軸の回動に機械的に連係する往復手段に回転駆動手段からの回転駆動力を伝達する回転駆動力伝達手段を有するアクチュエータと、このアクチュエータ内に設けられかつ上記制御軸の回動時における該アクチュエータの移動量を検出する検出手段とを備えて構成したので、検出手段によりアクチュエータの移動量を検出することで、この移動量に対して従来例よりも線形的に圧縮比が変化する為、圧縮比を容易高精度に可変制御することができるという効果がある。また、アクチュエータに内蔵した検出手段により検出されたアクチュエータの移動量により圧縮比を制御することができるので、従来のようにアクチュエータの外部にセンサを設ける必要がないことから、エンジンの仕様を変更することなく、搭載性を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるエンジンの圧縮比可変機構の連係機構を示す部分断面図であり、図２は図１に示した圧縮比可変機構におけるアクチュエータの内部構造を示す部分断面図であり、図３は図２に示したアクチュエータ内に設けられた検出手段の出力とアクチュエータのモータ回転数との関係を示すグラフである。
【００１２】
シリンダブロック１には、円筒状のシリンダ３が形成されており、その内部にはピストン５が往復移動可能に配設されている。ピストン５のピストンピン７とクランクシャフト９のクランクピン１１とは、複リンク式の可変圧縮比機構を介して機械的に連係されている。可変圧縮比機構は、クランクピン１１に相対回動可能に外嵌するロアーリンク１３と、このロアーリンク１３とピストンピン７とを連係するアッパーリンク１５と、シリンダブロック１に形成されたシリンダ３の列方向に延びる制御軸１７と、この制御軸１７に偏心して設けられた偏心カム１９と、この偏心カム１９とロアーリンク１３とを連係する制御リンク２１と、制御軸１７を所定の範囲で回動駆動しかつ所定の回動位置に保持するアクチュエータ（図２参照）２３とから概略構成されている。
【００１３】
アッパーリンク１５の上端部はピストンピン７に相対回動可能に連結され、下端部が連結ピン２５を介してロアーリンク１３に相対回動可能に連結されている。制御リンク２１の一端は連結ピン２７を介してロアーリンク１３に相対回動可能に連結され、他端は偏心カム１９に相対回動可能に外嵌されている。制御軸１７には制御プレート２９が一体に設けられており、その制御プレート２９にはその周縁部から制御軸１７に向けてスリット３１が形成されている。スリット３１には、図１および図２に示すように、アクチュエータ２３の往復子（往復手段）３３のピン３５が滑動可能に係合されている。アクチュエータ２３で調整されるピン３５の位置により連係機構の姿勢が決められ、シリンダ３に対するピストン５の相対位置が決められ、これによりピストン５の上方に形成される燃焼室（図示せず）における圧縮比が制御されるように構成されている。なお、図１における矢印Ａ１〜Ａ７および矢印Ｂ１〜Ｂ７は、エンジンや連係機構の各部品の動作方向を表したものである。
【００１４】
アクチュエータ２３は、一端にピン３５を有しかつ他端側の表面に雄ねじ３７を有する上記往復子３３と、駆動源としての電動モータ（回転駆動手段）３９と、この電動モータ３９のモータピニオン軸４１に設けられた歯車４３から回転駆動力を伝達する３つの歯車４５、４７および４９（回転駆動力伝達手段）と、この歯車４９の内面に形成されかつ上記往復子３３の雄ねじ３７に螺合する雌ねじ（回転駆動力伝達手段）５１とから概略構成されている。往復子３３は略円筒状のハウジング５３内に摺動可能に配設されており、このハウジング５３にボルト等の締結部材（図示せず）で結合されたケース５５とこのケース５５にボルト等の締結部材（図示せず）で結合されたカバー５７との間に形成された空間には電動モータ３９のモータピニオン軸４１の歯車４３、３つの歯車４５、４７および４９が収容されている。また、カバー５７には、往復子３３の他端側の収容が可能な内空間５９が形成されている。さらに、カバー５７の一部には電動モータ３９のモータピニオン軸４１の貫通を受け入れる開口部６１が形成されており、この開口部６１を中心としたカバー５７の外面には上記電動モータ３９がボルト等の締結部材（図示せず）で固定されている。
【００１５】
電動モータ３９はブラシレスモータであり、そのモータピニオン軸４１の回転を駆動制御する駆動用ホールＩＣ６３が内蔵されている。この実施の形態１では、駆動用ホールＩＣ６３を電動モータ３９の回転数（アクチュエータの移動量）を検出手段として利用する。この駆動用ホールＩＣ６３は、電動モータ３９の電源がオン状態になると、モータピニオン軸４１の回転（アクチュエータの移動量）をカウントし始める。このカウントの範囲を、モータピニオン軸４１から伝達された回転駆動力により矢印Ｘ方向またはＹ方向へ移動する往復子３３のピン３５の位置により圧縮比の最高値と最低値とを規定する制御軸１７の回動範囲に対応させる。すなわち、上記カウントの範囲と圧縮比の範囲との対応関係をＣＰＵ（図示せず）で算出し、決定する。ここで、電動モータ３９のモータピニオン軸４１の回転数と駆動用ホールＩＣ６３の検出値（センサ出力）とは、図３に示すように線形的な関数となり、また電動モータ３９の回転数と圧縮比とは後述の理由により従来例と比較して線形により近い関数となることから、上記センサ出力に基づいたドライバ（図示せず）による線形的なフィードバック制御で圧縮比を容易高精度に可変制御することが可能となる。
ここで、電動モータ３９の回転数と圧縮比が従来例と比較してより線形に近い関数となる理由を述べる。
従来例においては、図７に示すように、制御軸の回転角度に対して圧縮比の変化が非線形となっている。これは、本発明のような複リンク式の可変圧縮比機構においては、制御軸に一体の偏心カムの回動に対して、シリンダ内のピストン位置が直線的に並進する為、制御軸の回動角度と圧縮比とは非線形の特性を呈する。従って、この制御軸端部に配設されたセンサ出力に対する圧縮比変化も非線形となる為、制御軸の単位角度当りの圧縮比変化代が一定でなく、圧縮比制御が困難となっていた。
一方本発明では、図８に示すように、駆動用ホールＩＣ１６３の検出値（センサ出力）に対する圧縮比変化が、従来例と比較して、特に高圧縮比側において顕著に線形化されていることが分かる。これはアクチュエータ駆動手段（往復子）の直線運動が制御軸の回転運動に変換され、さらにピストン位置の直線的な位置変化に再変換されている為である。
制御軸回動範囲の内、低圧縮比側においては従来例と比較して非線形性が助長されている面もあるが、本発明が適用される複リンク式可変圧縮比機構では、制御軸角度に対する圧縮比変化感度が、低圧縮比側では相対的に低い為、精緻な圧縮比制御が不要であり内燃機関の出力性能上影響は少ない。
本発明が適用される可変圧縮比機構を用いた内燃機関では、特に高負荷領域でのノッキングを回避する為に、高圧縮比から低圧縮比に即座に、かつ所望の圧縮比まで精度良く可変動作することが重要である。従来例と比較して、特に高圧縮比側の制御が容易になることは、ノッキング回避等の面からも有効である。
【００１６】
ここで、電動モータ３９の回転数を元に制御する場合と、制御軸の角度センサ出力を元に制御する場合との圧縮比制御精度に関して述べる。すなわち、電動モータ３９のモータピニオン軸４１は、制御軸１７等の連係機構を介してエンジン側からの大きな負荷をバックラッシュとして受けることになる。このバックラッシュ等の誤差要因は確かに駆動用ホールＩＣ６３による検出値に誤差を生じさせ、駆動用ホールＩＣ６３を検出手段として利用した場合のデメリットと捉えることもできる。しかし、圧縮比の範囲を規定する制御軸１７の回動範囲に対するアクチュエータ２３内のギア比は大きい。ここで、ギア比が大きいとは、例えば電動モータ３９のモータピニオン軸４１が１万回転した場合に、制御軸１７が数度だけ回動し、これに対応したピストン５が数ミリメートル程度移動し、所定の圧縮比を与えることを意味する。このとき、バックラッシュによる影響でモータピニオン軸４１が仮に約半回転ずれても、モータピニオン軸４１が約１万回転したと近似できることから、制御軸１７が数度だけ回動し、これに対応したピストン５が数ミリメートル程度移動し、所定の圧縮比を与えるという結果に実質的な変動はない。したがって、駆動用ホールＩＣ６３による検出に際して上記バックラッシュ等の誤差要因の影響を無視することができるので、圧縮比制御精度に関して従来例と同等のレベルを有している。
【００１７】
次に動作について説明する。
電動モータ３９が回転すると、そのモータピニオン軸４１の回転が歯車４３、４５，４７および４９に伝わり、歯車４９の雌ねじ５１が往復子３３の雄ねじ３７の周りを回転する。これにより往復子３３は電動モータ３９の回転方向により矢印Ｘ方向またはＹ方向に摺動する。往復子３３が矢印Ｘ方向に摺動した場合には、ハウジング５３に対してピン３５がせり出し、このピン３５がスリット３１の内方へ滑動しながら制御プレート２９と共に制御軸１７を矢印Ｂ７方向に回動させる。この回動により、偏心カム１９が矢印Ｂ６方向に移動し、これに伴い制御リンク２１が矢印Ｂ５方向に下がってクランクピン１１を矢印Ｂ４方向に回動させロアーリンク１３を矢印Ｂ３方向に押し上げることでアッパーリンク１５を矢印Ｂ２方向に押し上げ、シリンダ３内のピストン５の位置を矢印Ｂ１方向に上げる。これによりエンジンを高圧縮比側に誘導する。
【００１８】
また、電動モータ３９が逆回転すると、往復子３３が矢印Ｙ方向に摺動する。この場合には、ハウジング５３に対してピン３５が引き込まれ、このピン３５がスリット３１の外方へ滑動しながら制御プレート２９と共に制御軸１７を矢印Ａ７方向に回動させる。この回動により、偏心カム１９が矢印Ａ６方向に移動し、これに伴い制御リンク２１が矢印Ａ５方向に上がってクランクピン１１を矢印Ａ４方向に回動させロアーリンク１３を矢印Ａ３方向に押し下げることでアッパーリンク１５を矢印Ａ２方向に押し下げ、シリンダ３内のピストン５の位置を矢印Ａ１方向に下げる。これによりエンジンを低圧縮比側に誘導する。
【００１９】
一方、電動モータ３９の回転は駆動用ホールＩＣ６３によりカウントされてモニタされている。このカウントの範囲と圧縮比の範囲との対応関係をＣＰＵ（図示せず）で算出し、決定する。駆動用ホールＩＣ６３の検出値（センサ出力）に基づいてドライバ（図示せず）で電動モータ３９を駆動して従来例よりも線形に近いフィードバック制御を行い、圧縮比を可変制御する。
【００２０】
以上のように、この実施の形態１によれば、制御軸１７の回動に機械的に連係する往復子３３と、電動モータ３９と、この電動モータ３９からの回転駆動力を往復子３３へ伝達する歯車４３、４５、４７および４９とを備えたアクチュエータ２３と、このアクチュエータ２３内に設けられかつ上記制御軸１７の回動時における電動モータ３９の回転数を検出する駆動用ホールＩＣ６３とを含むように構成したので、駆動用ホールＩＣ６３により電動モータ３９の回転数を検出することで、この回転数に対して従来例よりも線形に近い特性で変化する圧縮比を高精度に可変制御することができるという効果がある。
【００２１】
この実施の形態１によれば、検出手段として、元々駆動制御のために電動モータ３９に内蔵された駆動用ホールＩＣ６３を利用するように構成したので、従来のように、アクチュエータの外部にセンサを別途設ける必要がないことから部品点数を低減することができ、エンジンの仕様変更を一切不要とするなど、搭載性を格段に向上させることができるという効果がある。
【００２２】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２によるエンジンの圧縮比可変機構におけるアクチュエータの内部構造を示す部分断面図である。なお、この実施の形態２における構成要素のうち、実施の形態１における構成要素と共通するものについては、同一の符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００２３】
この実施の形態２の特徴は、電動モータ３９の回転数、すなわちモータピニオン軸４１の歯車４３の回転数（アクチュエータの移動量）を検出する回転数センサ（検出手段）６５をケース５５内に設けた点にある。この回転数センサ６５による検出値（センサ出力）も、実施の形態１における駆動用ホールＩＣ６３による検出値と同様にバックラッシュ等の誤差要因の影響を受けるが、その影響は小さい。このため、回転数センサ６５による検出値と圧縮比との間に線形的な関数が成立することから、回転数センサ６５による検出値に基づいて圧縮比を線形的なフィードバック制御することが可能となる。
【００２４】
以上のように、この実施の形態２によれば、モータピニオン軸４１の歯車４３の回転数を検出する回転数センサ６５をアクチュエータ２３内に設けるように構成したので、回転数センサ６５による検出値に対して線形的に変化する圧縮比を高精度に可変制御することができるという効果がある。
【００２５】
この実施の形態２によれば、回転数センサ６５をアクチュエータ２３内に設けるように構成したので、アクチュエータの外部に取り付けるた従来の可変圧縮比機構と異なり、エンジンの仕様変更を最小限に抑制でき、搭載性を格段に向上させることができるという効果がある。
【００２６】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３によるエンジンの圧縮比可変機構におけるアクチュエータの内部構造を示す部分断面図である。なお、この実施の形態３における構成要素のうち、実施の形態１等における構成要素と共通するものについては、同一の符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００２７】
この実施の形態３の特徴は、電動モータ３９の回転を往復子３３の摺動につなげる回転駆動力伝達手段としての歯車４９の回転数（アクチュエータの移動量）を検出する回転数センサ（検出手段）６７をケース５５内に設けた点にある。この回転数センサ６７による検出値（センサ出力）も、実施の形態１における駆動用ホールＩＣ６３による検出値と同様にバックラッシュ等の誤差要因の影響を受けるが、その影響は小さい。このため、回転数センサ６７による検出値と圧縮比との間に線形的な関数が成立することから、回転数センサ６７による検出値に基づいて圧縮比を線形的なフィードバック制御することが可能となる。
【００２８】
以上のように、この実施の形態３によれば、歯車４９の回転数を検出する回転数センサ６７をケース５５内に設けるように構成したので、回転数センサ６７による検出値に対して線形的に変化する圧縮比を高精度に可変制御することができるという効果がある。
【００２９】
この実施の形態３によれば、回転数センサ６７をアクチュエータ２３内に設けるように構成したので、アクチュエータの外部に取り付けるた従来の可変圧縮比機構と異なり、エンジンの仕様変更を最小限に抑制でき、搭載性を格段に向上させることができるという効果がある。
【００３０】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４によるエンジンの圧縮比可変機構におけるアクチュエータの内部構造を示す部分断面図である。なお、この実施の形態４における構成要素のうち、実施の形態１等における構成要素と共通するものについては、同一の符号を付し、その部分の説明を省略する。
【００３１】
この実施の形態４の特徴は、往復子３３の他端に該往復子の移動距離（アクチュエータの移動量）を検出するリニアセンサ６９を設けた点にある。このリニアセンサ６９としては、往復子３３の移動距離を計測するものであれば公知のセンサを使用することができ、例えば電圧変化、フラックス変化、摺動抵抗あるいはレーザー照射等の方法によってストローク計測できるものを挙げることができる。リニアセンサ６９による検出値も、実施の形態１における駆動用ホールＩＣ６３による検出値と同様にバックラッシュ等の誤差要因の影響を受けるが、その影響は小さい。このため、リニアセンサ６９による検出値と圧縮比との間に線形的な関数が成立することから、リニアセンサ６９による検出値に基づいて圧縮比を線形的なフィードバック制御することが可能となる。
【００３２】
以上のように、この実施の形態４によれば、往復子３３の他端に該往復子の移動距離（アクチュエータの移動量）を検出するリニアセンサ６９を設けるように構成したので、リニアセンサ６９による検出値に対して線形的に変化する圧縮比を高精度に可変制御することができるという効果がある。
【００３３】
なお、この実施の形態４では、カバー５７から外部にリニアセンサ６９が突出した形態で配置されるように構成したが、リニアセンサ６９自体がアクチュエータ２３の大きさに比べて小さいため、エンジンの仕様変更を不要とすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】この発明の実施の形態１によるエンジンの圧縮比可変機構の連係機構を示す部分断面図である。
【図２】図１に示した圧縮比可変機構におけるアクチュエータの内部構造を示す部分断面図である。
【図３】図２に示したアクチュエータ内に設けられた検出手段の出力とアクチュエータのモータ回転数との関係を示すグラフである。
【図４】この発明の実施の形態２によるエンジンの圧縮比可変機構におけるアクチュエータの内部構造を示す部分断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３によるエンジンの圧縮比可変機構におけるアクチュエータの内部構造を示す部分断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４によるエンジンの圧縮比可変機構におけるアクチュエータの内部構造を示す部分断面図である。
【図７】制御軸の回転角度に対する圧縮比の変化を示す特性図である。
【図８】駆動用ホールに対する圧縮比の変化を示す特性図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  シリンダブロック、３  シリンダ、５  ピストン、７  ピストンピン、９  クランクシャフト、１１  クランクピン、１３  ロアーリンク、１５  アッパーリンク、１７  制御軸、１９  偏心カム、２１  制御リンク、２３  アクチュエータ、２５  連結ピン、２７  連結ピン、２９  制御プレート、３１  スリット、３３  往復子（往復手段）、３５  ピン、３７  雄ねじ、３９  電動モータ（回転駆動手段）、４１  モータピニオン軸、４３  歯車（回転駆動力伝達手段）、４５  歯車（回転駆動力伝達手段）、４７  歯車（回転駆動力伝達手段）、４９  歯車（回転駆動力伝達手段）、５１  雌ねじ（回転駆動力伝達手段）、５３  ハウジング、５５  ケース、５７  カバー、５９  内空間、６１  開口部、６３  駆動用ホールＩＣ（検出手段）、６５  回転数センサ（検出手段）、６７  回転数センサ（検出手段）、６９  リニアセンサ（検出手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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